排气再循环控制装置及排气再循环控制方法与流程

本发明涉及一种内燃机的排气再循环控制装置及排气再循环控制方法。

背景技术：

已知为了防止内燃机的爆震、实现油耗改善等目的而使排出气体的一部分再循环至进气侧的排气再循环(EGR：Exhaust Gas Recirculation)装置。并且，在JP2012-512988A中，将每单位时间内进入至进气回路的再循环排出气体(EGR气体)质量相对于每单位时间内进入至燃烧室的混合气的总质量的比例设为EGR率[％]，示出了对于防止爆震及油耗改善最优的EGR率与内燃机的压缩比的关系。具体地说，在内燃机的负荷率大于或等于50％即高负荷的情况下，设为从3倍的压缩比减去13得出的值(容许误差：2)，在负荷率小于50％即低负荷的情况下，设为从3倍的压缩比减去13得出的值(容许误差：5)。

技术实现要素：

然而，通常EGR装置为下述结构，即，具有：EGR通路，其从排气通路分支而合流于进气通路；以及EGR阀，其将EGR通路的流路进行开闭，EGR阀与目标EGR率相对应地进行打开，利用排气侧与进气侧的压差而使EGR气体向进气侧流动。并且，控制器对内燃机的运转状态设定目标EGR率，与目标EGR率相对应地控制点火定时(timing)。因此，在实际经过EGR阀后的EGR气体量(实际EGR气体量)比目标EGR气体量少的情况下，如果在以成为目标EGR率而进行校正后的点火定时进行运转，则有时会发生爆震。

上述的目标EGR气体量与实际EGR气体量的背离容易发生在排气侧与进气侧的压差小的情况下。由于排气催化剂等排气系统越被冷却则压力损失越小，因此例如在排气系统冷却后的状态下将EGR阀打开的情况下，因为排气通路的压力低，所以排气侧与进气侧的压差变小。另外，由于吸入空气量越少则排气流量越少，排气侧的压力越难以升高，因此最终排气侧与进气侧的压差变小。

即，吸入空气量越少，则实际EGR气体率相对于目标EGR气体率越小，发生爆震的可能性越高。

然而，在上述文献中，未考虑吸入空气量，如果负荷相同，无论内燃机旋转速度如何均设定相同的EGR率，因此在例如低转速高负荷区域、即在负荷虽高但吸入空气量少的区域中，变得容易发生由目标EGR气体量与实际EGR气体量的背离而引起的爆震。

因此，本发明的目的在于提供一种EGR控制装置，该EGR控制装置对EGR装置进行控制，以使得即使在容易发生目标EGR率与实际EGR率的背离的状态下，也可以抑制爆震的发生。

根据本发明的一种方式，排气再循环控制装置包含：排气再循环通路，其使内燃机的排出气体的一部分从比涡轮增压器的涡轮靠排气气流下游侧的排气通路回流至比涡轮增压器的压缩机靠进气气流上游侧且比空气流量计靠进气气流下游侧的进气通路；以及再循环控制阀，其对回流至进气通路的排出气体的量进行调整。并且，排气再循环控制装置具有再循环率设定单元，内燃机的吸入空气量越少，则该再循环率设定单元设定越低的目标再循环率，该排气再循环控制装置与目标再循环率相对应地控制再循环控制阀的开度。

附图说明

图1是应用本实施方式的内燃机系统的结构图。

图2是表示目标EGR率对应图的一个例子的图。

图3是表示本实施方式涉及的目标EGR率对应图的一个例子的图。

图4是表示本实施方式涉及的目标EGR率对应图的另一个例子的图。

具体实施方式

下面，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。

图1是应用本发明的实施方式的内燃机系统的结构图。

在内燃机1的进气通路2中，从进气气流的上游侧起配置有空气流量计3、涡轮增压器4的压缩机4A、节流室5、以及中间冷却器体侧的集气罐6。

此外，本系统具有再循环通路13和再循环阀14，该再循环通路13将压缩机4A的上游侧和下游侧连通，该再循环阀14在减速时开阀而使进气从压缩机4A的下游侧向上游侧返回。

另一方面，在排气通路7中，从排气气流的上游侧起配置有涡轮增压器4的涡轮4B、歧管催化剂8、地板下催化剂9。此外，本系统具有旁通通路15和阀16，该旁通通路15将涡轮4B的上游侧和下游侧连通，该阀16对旁通通路15的流路进行开闭。

歧管催化剂8及地板下催化剂9均为用于净化排气的催化装置。歧管催化剂8配置于靠近涡轮4B的下游侧的位置，以使得排气尽可能保持高温状态而流入。地板下催化剂9与歧管催化剂8相比具有大容量，配置于车辆的地板下。

另外，本系统具有排气再循环装置(下面也称为“EGR装置”)。EGR装置包含排气再循环通路(下面也称为“EGR通路”)10和再循环阀(下面也称为“EGR阀”)11而构成，该排气再循环通路10从排气通路7的歧管催化剂8与地板下催化剂9之间分支，合流于进气通路2的比压缩机4A靠上游侧且比空气流量计3靠下游侧，该再循环阀11对经过EGR通路10的排出气体(下面也称为“EGR气体”)的量进行调节。并且，也可以包含对EGR气体进行冷却的EGR气体冷却器12。

如上所述，本实施方式的EGR装置是使排出气体的一部分从涡轮4B的下游侧再循环至压缩机4A的上游侧且空气流量计3的下游侧的所谓低压EGR装置。

上述的内燃机系统还具有检测内燃机1的旋转速度(下面也称为发动机旋转速度)的曲轴角传感器18和加速器踏板开度传感器19，这些传感器及空气流量计3的检测值被读入至控制器100。控制器100基于所读入的检测值，执行点火控制、燃料喷射控制、节气阀开度控制、以及EGR装置的控制(EGR控制)等。

在EGR控制中，控制器100首先基于运转状态(例如发动机旋转速度和负荷)，通过对应图检索等而决定目标EGR率，将EGR阀11控制为与目标EGR率相对应的开度。后文中叙述目标EGR率的设定方法。此外，与目标EGR率相对应的EGR阀11的开度是预先将目标EGR率与EGR阀11的开度的关系制成对应图并通过检索该对应图而求出的。

如果决定了目标EGR率，则控制器100基于目标EGR率而设定点火定时。

下面，对目标EGR率的设定方法进行说明。

图2是表示周知的目标EGR对应图的一个例子的图。该对应图根据防止爆震、油耗改善的观点而设定了目标EGR率，如果负荷相同，无论发动机旋转速度如何，目标EGR率均相同，如果发动机旋转速度相同，则负荷越高，目标EGR率越大。

EGR装置利用排气侧与进气侧的压差而使排出气体向进气侧回流。如果是使排出气体回流至节流室5的下游侧的所谓高压EGR装置，则由于进气侧为负压，因此排气侧与进气侧的压差容易升高。但是，在低压EGR装置中，由于进气侧为大气压，因此排气侧的压力越低，则压差也越小，越难以使排出气体进行回流。并且，由于排气系统(歧管催化剂8、地板下催化剂9、排气通路本身等)的温度越低则排气系统的压力损失越小，因此在排气系统为低温的状态下，排气通路7的压力难以升高。另外，发动机旋转速度越低，则吸入空气量越少，与此相伴排气流量也越少，排气侧的压力越难以升高。其结果，难以产生压差。

因此，例如，从由于长时间的怠速运转而排气系统的温度降低后的状态起，运转点向进行EGR控制的低转速高负荷区域转移的情况下，由于压差小，因此实际的EGR率变得低于目标EGR率，而无法回流实现目标EGR率所需的EGR气体量。

另外，点火定时以导入仅能够抑制爆震的发生的EGR气体量为前提，目标EGR率越大则点火定时被控制越靠提前角侧。因此，目标EGR率越大，则在目标EGR率与实际的EGR率相背离的情况下越容易发生爆震。

即，如果设定了如图2的EGR对应图那样的目标EGR率，则在低转速高负荷区域，特别在排气系统为低温的情况下变得容易发生爆震。如果发生爆震，则不仅促进内燃机1的劣化，而且如果为高辛烷燃料规格车则尽管在使用高辛烷燃料，但在燃料性状判定中仍有可能被误判定为在使用常规燃料。如果如上述这样被误判定，则由于为了在常规燃料也不会发生爆震而对点火定时进行延迟角校正，内燃机1的输出降低，因此低旋转速度区域以外的、难以发生爆震的区域的运转性也会降低。

作为防止上述的爆震的方法而存在下述方法，即，将在图2的EGR对应图中设定的EGR率设为即使目标EGR率与实际的EGR率相背离也不发生爆震这样的值，即，设为以排气系统为低温的情况为前提的稍小的值。但是，如果设定这样的目标EGR率，则在如高转速区域那样由于吸入空气量多而压差容易升高的区域中，成为过于小的目标EGR率，通过EGR控制而实现的油耗改善效果会变弱。

因此，在本实施方式中，以下面所说明的方式对目标EGR率进行设定。

图3是在本实施方式中使用的目标EGR率对应图。图3的目标EGR率对应图为，如果为相同负荷，则发动机旋转速度越高，目标EGR率越大，如果为相同发动机旋转速度，则负荷越大，目标EGR率越大。并且，图3的表示各EGR率的曲线与等吸入空气量曲线一致。即，图3的目标EGR率对应图设定有基于吸入空气量的目标EGR率，吸入空气量越多则目标EGR率越大，吸入空气量越少则目标EGR率越小。

此外，在实际的控制中，控制器100也可以基于由空气流量计3检测出的吸入空气量而进行校正，以使得在图2的目标EGR率对应图设定的目标EGR率最终成为图3的目标EGR率对应图所示的目标EGR率。在该情况下，吸入空气量越少，则使目标EGR率变小的校正量越大。另外，吸入空气量越多，则使目标EGR率变大的校正量越大。

通过如上述这样设定目标EGR率，从而在图3的目标EGR率对应图中，与图2的目标EGR率对应图相比，在低旋转速度区域中目标EGR率变小，在高旋转速度区域中目标EGR率变大。

如果低旋转速度区域的目标EGR率小，则即使排气侧与进气侧的压差小也容易实现目标EGR率，因此难以发生如上述这样的在低转速高负荷区域中的爆震。

另外，在高旋转速度区域，由于吸入空气量多而容易产生压差，因此难以产生目标EGR率与实际的EGR率的背离，难以发生爆震。因此，如图3的目标EGR率对应图所示，通过从较低的负荷起设定大的目标EGR率，能够提高通过EGR气体导入而实现的油耗改善效果。

然而，目标EGR率对应图不限于图3所示的那样，目标EGR率也可以针对每个规定的吸入空气量范围而阶段性地进行变化。例如，如图4所示，也可以为如下对应图，即，与吸入空气量相对应地将运转区域分割为区域A、区域B、区域C，各区域内为统一的目标EGR率，吸入空气量越多的区域则设定越大的目标EGR率。

如果设为如上述那样目标EGR率针对每个规定的吸入空气量范围而阶段性地进行变化的目标EGR率对应图，则如果运转状态的变化量小则目标EGR率不会变动。即，运转中的目标EGR率的变动变少。由此，能够避免与目标EGR率的变化相伴的点火定时校正、EGR阀11的开闭动作变得繁杂。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式仅示出了本发明的应用例的一部分，并不旨在将本发明的技术性的范围限定于上述实施方式的具体的结构。